PT1589643E - Magnetic force transmission - Google Patents
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Description
Descriçãodescription
Transmissão de força magnética A presente invenção relaciona-se com a transmissão de força magnética, e particularmente, mas não exclusivamente, com a transmissão de força magnética para utilização na geração de energia sustentável. A energia sustentável refere-se à geração de energia usando meios que não usam recursos finitos. A energia solar, eólica, geotérmica e das ondas são exemplos de energia sustentável.Magnetic force transmission The present invention relates to the transmission of magnetic force, and particularly, but not exclusively, to the transmission of magnetic force for use in the generation of sustainable energy. Sustainable energy refers to the generation of energy using means that do not use finite resources. Solar, wind, geothermal and wave energy are examples of sustainable energy.
Na energia das ondas, é utilizado o movimento mecânico das ondas para accionar um gerador eléctrico para gerar energia eléctrica. Existem várias formas de converter o movimento mecânico das ondas.In wave energy, the mechanical movement of waves is used to drive an electric generator to generate electrical energy. There are several ways to convert the mechanical movement of waves.
Um dos métodos mais comuns é através de uma Coluna de Água Oscilante (em inglês, Oscillating Water Column - OWC) . Uma OWC utiliza uma coluna aberta ao movimento das ondas na parte inferior. À medida que a água entra e sai da coluna, devido ao movimento das ondas, o ar é sugado e forçado a sair da coluna, consequentemente. É colocada uma turbina no topo da coluna, a qual é accionada pelo movimento do ar e, deste modo, gerando energia eléctrica.One of the most common methods is through an Oscillating Water Column (OWC). An OWC uses a column open to the movement of the waves at the bottom. As the water enters and exits the column, due to the movement of the waves, the air is sucked and forced out of the column, consequently. A turbine is placed at the top of the column, which is driven by the movement of the air and thus generating electrical energy.
Outros métodos incluem: • gerar electricidade através do movimento harmónico de uma parte flutuante de um dispositivo relativamente a uma peça fixa. Tal dispositivo é conhecido como o "Salter Duck", que tem a forma semelhante a uma cunha. É colocado um gerador fixo 1/16 na parte "larga" da cunha. 0 movimento da onda move a parte "estreita" para cima e para baixo relativamente ao gerador fixo, gerando assim electricidade. • gerar electricidade usando um dispositivo de "galgamento". Os dispositivos de galgamento focam ou canalizam a energia das ondas para um tanque central de armazenamento de água. Ao focar a energia das ondas, o mecanismo de extracção de energia pode capturar e aceder a uma energia das ondas significativamente maior do que as suas dimensões implicam. 0 ponto focal do dispositivo de galgamento consiste num paredão no qual batem as ondas canalizadas que chegam, resultando no facto de a água ser atirada para cima e recolhida num reservatório. A pressão desta água faz com que girem as turbinas localizadas no chão do reservatório. Os dispositivos de galgamento são estruturas flutuantes que requerem amarrações. • gerar electricidade usando um dispositivo de membrana. Os dispositivos de membrana utilizam o diferencial de pressão em máximos e minimos sucessivos para converter a energia das ondas em fluxo e pressão de fluido. É suspensa uma membrana esticada sobre uma estrutura, de modo a que a pressão da água alternada faça com que a membrana atenue e este movimento resultante possa ser usado para bombear água. Apesar de ser proposto principalmente para efeitos de dessalinização, a água pode ser usada para accionar turbinas e geradores. A limitação prática de profundidade que o dispositivo é capaz de operar é cerca de 50 m. Podem ser concebidas estruturas de flutuação neutra para que flutuem a uma profundidade predefinida, oferecendo a possibilidade de capturar a energia das ondas, enquanto estando submersas sem operar no fundo do mar. À medida que as ondas passam pela membrana, ocorre uma compressão e expansão que podem ser usadas para bombear água do mar para terra sob alta pressão. É em terra que esta água sob alta pressão é convertida em energia usando tecnologias hídricas 2/16 convencionais, que não têm de possuir qualificação maritima. Ao estarem profundamente submersos, os sistemas propostos deste tipo não são sujeitos a toda a energia contida na onda à superficie. Como a excitação da onda diminui rapidamente com a profundidade, os sistemas deste tipo têm de possuir maiores proporções dimensionais do que aqueles utilizados mais à superficie ou à superficie, de modo a experienciar niveis de energia semelhantes. • gerar electricidade usando dispositivos hidráulicos e mecânicos. Podem ser usadas bóias de flutuação à superficie, parcial ou totalmente submersas, para converter o movimento de partículas verticais de ondas que se propagam em energia eléctrica. Em água pouco profunda, a força de flutuação hidrostática de uma bóia presa pode ser forçada a reagir contra uma fundação no fundo do mar, através da(s) suas(s) linha(s) de amarração. A força transmitida para a linha de amarração pode ser usada para accionar um gerador através de meios hidráulicos ou mecânicos. 0 documento US 2,790,095 descreve um dispositivo para converter o movimento rotativo em movimento alternativo.Other methods include: • Generating electricity through the harmonic motion of a floating part of a device relative to a fixed part. Such a device is known as " Salter Duck ", which has the shape similar to a wedge. A 1/16 fixed generator is placed in the " wide " the wedge. The wave motion moves the " narrow part " up and down relative to the fixed generator, thus generating electricity. • Generate electricity using a " gauge " device. The glazing devices focus or channel wave energy into a central water storage tank. By focusing on the energy of the waves, the energy extraction mechanism can capture and access a wave energy significantly larger than its dimensions imply. The focal point of the glazing device consists of a wall in which the incoming channeled waves strike, resulting in the water being thrown up and collected in a reservoir. The pressure of this water causes the turbines located on the floor of the reservoir to rotate. Glazing devices are floating structures that require mooring. • generate electricity using a membrane device. The membrane devices use the pressure differential at successive maxima and minima to convert the energy of the waves into flow and fluid pressure. A membrane stretched over a structure is suspended so that the pressure of the alternating water causes the membrane to attenuate and this resulting motion can be used to pump water. Despite being proposed primarily for desalination purposes, water can be used to power turbines and generators. The practical depth limitation that the device is capable of operating is about 50 m. Neutral float structures can be designed to float to a predefined depth, offering the possibility of capturing wave energy while being submerged without operating on the seabed. As the waves pass through the membrane, compression and expansion occur that can be used to pump seawater to land under high pressure. It is on land that this water under high pressure is converted into energy using conventional 2/16 water technologies, which do not have to have marine qualification. By being deeply submerged, the proposed systems of this type are not subjected to all the energy contained in the wave at the surface. As wave excitation decreases rapidly with depth, systems of this type must have greater dimensional proportions than those used more to the surface or surface, so as to experience similar energy levels. • generate electricity using hydraulic and mechanical devices. Floating buoys on the surface may be used, partially or fully submerged, to convert the movement of vertical particles of waves propagating into electrical energy. In shallow water, the hydrostatic floatation force of a trapped float may be forced to react against a foundation on the seabed through its mooring line (s). The force transmitted to the lashing line can be used to drive a generator by hydraulic or mechanical means. US 2,790,095 discloses a device for converting the rotary motion into reciprocating motion.
Uma dificuldade que qualquer gerador accionado pelas ondas deve ultrapassar é que as ondas do mar têm uma frequência relativamente baixa, o que não é adequado para utilização directa no accionamento de um gerador eléctrico. Assim, pode ser necessária uma forma de conversão de frequência.One difficulty that any wave driven generator must overcome is that the sea waves have a relatively low frequency, which is not suitable for direct use in the drive of an electric generator. Thus, a form of frequency conversion may be required.
De acordo com a presente invenção, é provido um aparelho de transmissão de força magnética, de acordo com a reivindicação 1. A primeira força é uma força alternativa, a segunda força sendo de uma frequência mais elevada do que a primeira força. 3/16According to the present invention, there is provided a magnetic force transmission apparatus according to claim 1. The first force is an alternate force, the second force being of a frequency higher than the first force. 3/16
Preferencialmente o membro é um transladorPreferably the member is a translator
Preferencialmente, o membro é um rotor.Preferably, the member is a rotor.
Preferencialmente, o movimento alternativo da segunda força é provido através de meios resistentes.Preferably, the reciprocating movement of the second force is provided through resilient means.
Preferencialmente, os meios resistentes são molas helicoidais.Preferably, the resistive means are helical springs.
Alternativamente, os meios resistentes são molas magnéticas.Alternatively, the resistive means is magnetic springs.
Preferencialmente, a primeira e segunda pluralidade de zonas magnéticas compreendem imanes permanentes.Preferably, the first and second plurality of magnetic zones comprise permanent magnets.
Preferencialmente, os imanes permanentes são imanes permanentes de terras raras ou imanes permanentes de ferrite. É descrito um sistema de geração de energia que compreende: um membro móvel, em que o membro compreende uma primeira pluralidade de zonas magnéticas de polaridade alternada; e um estator, em que o estator compreende uma segunda pluralidade de zonas magnéticas de polaridade alternada; um gerador de energia eléctrica ligado a um dos estatores ou membro; e uma primeira força aplicada ao outro dos estatores ou membro, em que a primeira ou segunda pluralidade de zonas magnéticas providenciam uma segunda força alternativa ao gerador quando a primeira força é aplicada, providenciando assim uma geração de energia eléctrica.Preferably, the permanent magnets are permanent rare earth magnets or permanent ferrite magnets. An energy generating system is disclosed which comprises: a movable member, wherein the member comprises a first plurality of alternating polarity magnetic regions; and a stator, wherein the stator comprises a second plurality of magnetic zones of alternating polarity; an electric power generator connected to one of the stators or member; and a first force applied to the other of the stators or member, wherein the first or second plurality of magnetic regions provide a second alternative force to the generator when the first force is applied, thereby providing for electric power generation.
Preferencialmente, o gerador de energia eléctrica compreende uma pluralidade de bobinas em redor de uma primeira ou segunda 5/16 pluralidade de zonas magnéticas, as bobinas tendo uma voltagem induzida devido à segunda força alternativa.Preferably, the electric power generator comprises a plurality of coils about a first or second plurality of magnetic zones, the coils having a voltage induced due to the second alternate force.
Preferencialmente, o sistema de geração de energia é um sistema de geração de energia através das ondas.Preferably, the power generation system is a system for generating energy through the waves.
Preferencialmente, a primeira força é uma força alternativa gerada por meios alternativos.Preferably, the first force is an alternate force generated by alternative means.
Preferencialmente, os meios alternativos alternam em qualquer um dos seis graus de liberdade associados às estruturas flutuantes no mar, nomeadamente ondulação horizontal, arfagem, volta, movimento vertical e movimento horizontal.Preferably, the alternative means alternate at any of the six degrees of freedom associated with floating structures at sea, namely horizontal ripple, pitch, turn, vertical movement and horizontal motion.
Preferencialmente, os meios alternativos compreendem um dispositivo flutuante.Preferably, the alternative means comprises a floating device.
Preferencialmente, o dispositivo flutuante é uma bóia na superfície do mar.Preferably, the floating device is a float on the surface of the sea.
Preferencialmente, o dispositivo flutuante é um corpo que incorpora o sistema de geração de energia.Preferably, the floating device is a body that incorporates the power generation system.
Preferencialmente, o corpo possui flutuabilidade suficiente de modo a que o sistema flutue à superfície do mar.Preferably, the body has sufficient buoyancy so that the system floats to the surface of the sea.
Preferencialmente, o corpo possui flutuabilidade suficiente de modo a que o sistema flutue abaixo da superfície do mar.Preferably, the body has sufficient buoyancy so that the system floats below the surface of the sea.
Alternativamente, a primeira força é gerada pelo estator ou massa do membro.Alternatively, the first force is generated by the stator or mass of the member.
Preferencialmente, um corpo que incorpora o sistema de geração de energia é esférico. 6/16Preferably, a body incorporating the power generation system is spherical. 6/16
Alternativamente, um corpo com um sistema de geração de energia é cilindrico.Alternatively, a body with a power generation system is cylindrical.
Preferencialmente, a primeira força é gerada pelo movimento rotativo do corpo.Preferably, the first force is generated by the rotational movement of the body.
Preferencialmente, o corpo possui uma pluralidade de pás na sua superfície exterior que providenciam um maior movimento rotativo. A Fig. 1 mostra um estator e translador de acordo com uma forma de realização da presente invenção; A Fig. 2 mostra uma representação gráfica da força magnética versus a deslocação; A Fig. 3 mostra um sistema de geração de energia através das ondas que compreende um dispositivo de transmissão de força magnética de acordo com a presente invenção; A Fig. 4 mostra uma forma de realização alternativa de um sistema de geração de energia através das ondas que compreende um dispositivo de transmissão de força magnética; A Fig. 5 mostra um estator e translador, de acordo com a presente invenção, com uma mola magnética e um gerador com bobina; A Fig. 6 mostra várias configurações diferentes do sistema de geração de energia através das ondas; A Fig. 7 mostra uma configuração horizontal de um sistema de geração de energia através das ondas; e 7/16 A Fig. 8 mostra uma configuração circular de um sistema de geração de energia através das ondas.Preferably, the body has a plurality of blades on its outer surface that provide for a greater rotational movement. Fig. 1 shows a stator and translator according to one embodiment of the present invention; Fig. 2 shows a graphical representation of the magnetic force versus displacement; Fig. 3 shows a wave power generation system comprising a magnetic force transmission device according to the present invention; 4 shows an alternative embodiment of a wave power generation system comprising a magnetic force transmission device; Fig. 5 shows a stator and translator according to the present invention with a magnetic spring and a generator with coil; Fig. 6 shows several different configurations of the wave power generation system; Fig. 7 shows a horizontal configuration of a wave power generation system; and Fig. 8 shows a circular configuration of a wave power generation system.
Fazendo referência à Fig. 1, um dispositivo de transmissão de força magnética 10 possui um estator 12 e um membro móvel, o qual neste caso é um translador 14. 0 estator 12 não está, necessariamente, totalmente estacionário, mas em vez disso está substancialmente estacionário comparativamente com o membro móvel.Referring to Fig. 1, a magnetic force transmitting device 10 has a stator 12 and a movable member, which in this case is a translator 14. The stator 12 is not necessarily fully stationary but is instead substantially stationary relative to the movable member.
Nesta forma de realização, o estator 12 é mostrado como um primeiro e segundo estator 12 mas deve ser reconhecido que são possíveis outras disposições do estator 12. O estator 12 é composto por imanes permanentes 16, os quais são colocados ao lado de cada um com polaridade alternada. Na Fig. 1, cada iman 16 é indicado com uma extremidade de polaridade positiva marcada e uma extremidade de polaridade negativa em branco. O translador 14 é similarmente composto por imanes permanentes de polaridade alternada 17.In this embodiment, the stator 12 is shown as a first and second stator 12 but it should be recognized that other arrangements of the stator 12 are possible. The stator 12 is composed of permanent magnets 16, which are placed next to each other with alternating polarity. In Fig. 1, each magnet 16 is indicated with a marked positive polarity end and a blank negative polarity end. The translator 14 is similarly composed of permanent magnets of alternating polarity 17.
Quando em utilização, o translador 14 é movido por uma força 18 em relação ao estator 12. Para simplificar, caso seja assumido que a força 18 é uma onda sinusoidal, o translador 14 irá mover-se para a frente e para trás dentro do estator 12. Como o translador 14 é movido, cada um dos imanes permanentes 17 é atraído e repelido de acordo com a polaridade dos imanes permanentes 16 no estator 12.When in use, the translator 14 is moved by a force 18 relative to the stator 12. To simplify, if it is assumed that the force 18 is a sine wave, the translator 14 will move back and forth within the stator As the translator 14 is moved, each of the permanent magnets 17 is attracted and repelled according to the polarity of the permanent magnets 16 in the stator 12.
Por exemplo, o translator 14 é puxado na direcção indicada pela força 18. Os imanes permanentes 17 são atraídos, em primeiro lugar, para a posição A. No entanto, uma vez que os imanes permanentes atinjam a posição A, são repelidos e não atingem 8/16 a posição B. Esta atracção e repulsão providenciam um movimento de "ressalto" do translador 14, à medida que se move relativamente ao estator 12.For example, the translator 14 is pulled in the direction indicated by the force 18. The permanent magnets 17 are first attracted to the A position. However, once the permanent magnets reach the A position, they are repelled and do not reach 8/16 position B. This attraction and repulsion provides for a " of the translator 14, as it moves relative to the stator 12.
Um ciclo completo do movimento de ressalto representa duas larguras de imanes permanentes. A Fig. 2 mostra uma força de restabelecimento dos imanes permanentes versus o movimento para um ciclo do movimento de ressalto. A sua forma precisa não será sinusoidal mas a necessidade de folga mecânica irá introduzir espaço para campos magnéticos secundários que atenuam os componentes harmónicos na distribuição de fluxo espacial, por isso a caracteristica será aproximada por uma onda sinusoidal.One complete cycle of the cam movement represents two permanent magnet widths. Fig. 2 shows a restoring force of the permanent magnets versus the movement for a cycle of rebound movement. Its precise shape will not be sinusoidal but the need for mechanical play will introduce space for secondary magnetic fields that attenuate the harmonic components in the spatial flow distribution, so the characteristic will be approximated by a sinusoidal wave.
Fazendo agora referência à Fig. 3, é mostrado um sistema de geração de energia através das ondas 30. As ondas 32 são geradas naturalmente em grandes quantidades de água pelo vento e maré. Aproveitar o movimento da água é geralmente considerado uma fonte de energia sustentável, ao contrário dos recursos finitos, tal como o petróleo e carvão. Adicionalmente, também é considerado ser ambientalmente positivo pois não existem subprodutos nocivos ao contrário de, por exemplo, a energia nuclear.Referring now to Fig. 3, there is shown a system for generating energy through the waves 30. The waves 32 are generated naturally in large amounts of water by the wind and tide. Harnessing the movement of water is generally considered a sustainable energy source, unlike finite resources, such as oil and coal. In addition, it is also considered to be environmentally positive because there are no harmful by-products unlike, for example, nuclear power.
Uma bóia 34 é ligada a um translador 36. A bóia 34 flutua nas ondas 32 de modo a que a bóia 34 e o translador 36 sejam impulsionados para cima quando chega ao sistema 30 o pico de uma onda 38. Quando uma parte inferior da onda 40 atinge o sistema 30, a bóia 34 é impulsionada para baixo devido ao peso do translador 36 e da bóia 34. O movimento da onda é então convertido de movimento sinusoidal das ondas 32 para um movimento linear da bóia 34 e translador 36. 9/16A float 34 is attached to a translator 36. The float 34 floats on the waves 32 so that the float 34 and the float 36 are propelled upwardly when the peak 30 of a wave 38 reaches the system. When a bottom of the wave 40 reaches the system 30, the float 34 is driven down due to the weight of the translator 36 and the float 34. The wave motion is then converted from sinusoidal wave motion 32 to a linear movement of the float 34 and translator 36. 9 / 16
Um estator 42 rodeia o translator 36. 0 estator 42 está ligado de forma resistente a um gerador linear alternativo 44. Neste exemplo, o conector resistente é uma mola 46.A stator 42 surrounds the translator 36. The stator 42 is rigidly attached to a reciprocating linear generator 44. In this example, the resilient connector is a spring 46.
Em utilização, o movimento do translador 36, devido ao movimento das ondas, está a uma frequência relativamente baixa. 0 estator 42 tem algum movimento efectuado pela mola 46 na direcção de, e na direcção oposta ao dispositivo flutuante 34. A atracção e repulsão alternadas do estator 42 face ao translador 36, à medida que o translador 36 se move devido às ondas, introduzem o movimento do estator 42. 0 movimento do estator 42 é de maior frequência do que aquela do movimento original do translador e está relacionado com a largura das forças magnéticas ao longo do comprimento do translador 42 e estator 36.In use, the movement of the translator 36, due to the movement of the waves, is at a relatively low frequency. The stator 42 has some movement effected by the spring 46 towards and in the opposite direction to the floating device 34. The alternating attraction and repulsion of the stator 42 to the translator 36, as the translator 36 moves due to the waves, movement of the stator 42. The movement of the stator 42 is of greater frequency than that of the original movement of the translator and is related to the width of the magnetic forces along the length of the translator 42 and stator 36.
Fazendo agora referência à Fig. 4, é mostrado um sistema de geração de energia 50 alternativo que compreende um dispositivo de transmissão de força magnética. Uma estrutura externa flutuante 52 que suporta de forma resistente um translador 54. Neste exemplo, o conector resistente é uma mola 56.Referring now to Fig. 4, there is shown an alternative power generation system 50 which comprises a magnetic force transmission device. An outer floating structure 52 that resiliently supports a translator 54. In this example, the resilient connector is a spring 56.
Na forma de realização anterior, o translador 36 foi disposto dentro do estator 42. No entanto, nesta forma de realização, o translador 54 é disposto fora de um estator 62. O translador 54 está ligado a uma massa de reacção 58. A massa de reacção 58 está colocada nas calhas 60, o que permite movimento da massa de reacção 58 e do translador 54 dentro da estrutura 52. O estator 62 está ligado de forma resistente a um gerador linear alternativo 64. A estrutura externa flutuante 53 permite que o sistema de geração de energia através das ondas 50 esteja a flutuar 10/16 livremente numa área do mar com movimento de ondas suficiente. 0 sistema de geração de energia através das ondas 50 estaria, tipicamente, ancorado ao fundo do mar, mas como o sistema 50 se suporta a si mesmo, possuiria fantásticas propriedades de sobrevivência.In the prior embodiment, the translator 36 has been disposed within the stator 42. However, in this embodiment, the translator 54 is disposed outside a stator 62. The translator 54 is attached to a reaction mass 58. The mass of the reaction 58 is disposed on the rails 60, which allows movement of the reaction mass 58 and the translator 54 within the structure 52. The stator 62 is resiliently connected to an alternate linear generator 64. The floating outer structure 53 allows the system of power generation through the waves 50 is floating 10/16 freely in an area of the sea with sufficient wave motion. The wave generation system 50 would typically be anchored to the seabed, but since the system 50 supports itself, it would have fantastic survival properties.
Fazendo agora referência à Fig. 5, um sistema de geração de energia 120 compreende um translador 122 e um estator 124. O translador 122 possui uma primeira pluralidade de imanes permanentes 126 de polaridade alternada. O estator 124 possui uma segunda pluralidade de imanes permanentes 128 de polaridade alternada. A segunda pluralidade de imanes 128, em que cada possui uma bobina 130, neste caso de fio de cobre, em redor. As bobinas 130 estão ligadas a um circuito eléctrico (não mostrado). O movimento alternativo do estator 124 relativamente ao translador 122 induz uma voltagem nas bobinas 130. A voltagem induzida pode então ser usada pelo circuito eléctrico, para armazenar carga eléctrica, tal como num condensador ou para fornecer energia a circuitos adicionais. Tipicamente, são usados circuitos adicionais para atenuar a voltagem das bobinas 130, como necessário.Referring now to Fig. 5, a power generation system 120 comprises a translator 122 and a stator 124. The translator 122 has a first plurality of alternating polarity permanent magnets 126. The stator 124 has a second plurality of alternating polarity permanent magnets 128. The second plurality of magnets 128, each having a bobbin 130, in this case copper wire, around. The coils 130 are connected to an electrical circuit (not shown). Alternate movement of the stator 124 relative to the translator 122 induces a voltage in the coils 130. The induced voltage can then be used by the electrical circuit to store electrical charge, such as in a capacitor, or to power additional circuits. Typically, additional circuits are used to attenuate the voltage of the coils 130, as required.
Ao possuir um gerador eléctrico dentro do dito estator, é eliminada a necessidade de um gerador eléctrico em separado, como um gerador linear. Isto providencia muitas vantagens, tal como eficiência melhorada e redução de componentes, materiais e peso. O estator 124 também possui uma terceira pluralidade de imanes permanentes 132 de polaridade alternada, fixa de forma oposta à segunda pluralidade de imanes 128. Uma quarta pluralidade de imanes permanentes 134 de polaridade alternada é fixa a uma base 136. A base 136 está relativamente estática em comparação com o estator 124 e o translador 122. Os terceiros e quartos 11/16 imanes permanentes 132, 134 possuem um maior passo polar do que os primeiros e segundos imanes permanentes 126, 128. Isto é, existe um maior espaçamento entre o centro de cada iman nos terceiros e quartos imanes permanentes 132, 134 do que dos primeiros e segundos imanes permanentes 126, 128. Isto permite que os terceiros e quartos imanes permanentes actuem como uma mola magnética e providenciem movimento alternativo resistente do estator 124 quando o translador 122 se move.By having an electric generator within said stator, the need for a separate electric generator, such as a linear generator, is eliminated. This provides many advantages, such as improved efficiency and reduction of components, materials and weight. The stator 124 also has a third plurality of alternating polarity permanent magnets 132 which is secured opposite the second plurality of magnets 128. A fourth plurality of alternating polarity permanent magnets 134 is attached to a base 136. The base 136 is relatively static as compared to stator 124 and translator 122. Third and fourth rooms 11/16 permanent magnets 132, 134 have a larger polar pitch than first and second permanent magnets 126, 128. That is, there is a greater spacing between center of each magnet in the third and fourth permanent magnets 132, 134 than the first and second permanent magnets 126, 128. This allows the third and fourth permanent magnets to act as a magnetic spring and to provide resilient reciprocating motion of the stator 124 when the translator 122 move.
Ao utilizar uma mola magnética, é eliminada a necessidade de uma mola tradicional ou outro componente resistente. Para a presente invenção funcionar eficazmente com uma mola tradicional, a massa da mola seria considerável para produzir uma energia adequada. Uma mola magnética reduz a massa necessária para providenciar os meios resistentes e a probabilidade de falha devido a desgaste.When using a magnetic spring, the need for a traditional spring or other sturdy component is eliminated. For the present invention to function effectively with a traditional spring, the mass of the spring would be considerable to produce adequate energy. A magnetic spring reduces the mass required to provide the resistive means and the probability of failure due to wear.
Fazendo agora referência à Fig. 6, são mostradas quatro configurações exemplo de sistemas de geração de energia através das ondas. Uma estrutura que flutua livremente no mar é sujeita a 6 graus de liberdade, três lineares e três rotativos. Estes são conhecidos como movimentos lineares, movimento vertical, movimento horizontal e ondulação horizontal e movimentos rotativos, arfagem, volta e guinada. 0 sistema A é descrito na Fig. 4 acima e é sujeito a elevação vertical (ou movimento vertical) devido ao nivel variante da superfície do mar. 0 sistema B é uma versão submersa do sistema A, mas iria funcionar geralmente sob os mesmos princípios, e está sujeito a uma força vertical pela acção de arrasto entre o movimento vertical do sistema e da água. 0 sistema C está posicionado horizontalmente face à superfície do mar e é sujeito à força horizontal pela acção de arrasto entre o sistema e a ondulação horizontal da água. 0 sistema C é descrito com mais pormenor em baixo com referência à Fig. 7. 0 Sistema 12/16 D é um sistema cilíndrico ou esférico que gira devido ao arrasto entre o sistema D e a rotação geral da água, correspondendo à acção da onda. 0 sistema D é descrito com mais pormenor em baixo com referência à Fig. 8.Referring now to Fig. 6, there are shown four exemplary embodiments of power generation systems across the waves. A structure that floats freely in the sea is subject to 6 degrees of freedom, three linear and three rotating. These are known as linear movements, vertical movement, horizontal movement and horizontal undulation and rotational movements, pitch, turn and yaw. System A is depicted in Fig. 4 above and is subject to vertical (or vertical) lift due to the variant level of the sea surface. The system B is a submerged version of system A, but would generally operate under the same principles, and is subjected to a vertical force by the trailing action between the vertical movement of the system and the water. The system C is positioned horizontally to the surface of the sea and is subjected to horizontal force by the dragging action between the system and the horizontal ripple of the water. The system C is described in more detail below with reference to Fig. 7. The system 12/16 D is a cylindrical or spherical system which rotates due to the drag between the system D and the general rotation of the water, corresponding to the action of the wave . The system D is described in more detail below with reference to Fig. 8.
Fazendo referência à Fig. 7, um sistema de geração de energia através das ondas 80 compreende um corpo exterior 82 horizontalmente posicionado, um membro móvel 84, um estator 86, uma superfície de baixa fricção 88 e um gerador 90. O membro 84 e o estator 86 compreendem imanes permanentes como descrito previamente para permitir a conversão da frequência magnética. O membro móvel 84 é suportado sem a necessidade de meios resistentes, tal como uma mola. Em vez disso, o membro 84 é suportado pela superfície de baixa fricção 88, que pode ser, por exemplo, um conjunto de rolos esféricos. Se o sistema 80 estiver orientado na direcção do movimento da onda, o membro 84 pode ter um único grau de liberdade e poderia mover-se para trás e para a frente numa única direcção com a ondulação horizontal das ondas. Além disso, o sistema 80 pode também permitir ao membro 84 dois graus de liberdade, isto é, permitir que o membro 84 se mova em redor de um plano. Neste caso, não seria necessário orientar o sistema 80 na direcção do movimento da onda. Por exemplo, o membro 84 pode ser uma massa em forma de disco no corpo externo 82, que é um recipiente em forma de disco oco. O membro 84 também pode ser esférico e pode girar dentro do corpo 82. Se for necessário manter a massa mais ou menos centrada então pode ser mantida através de meios resistentes, tais como molas, ou ao formar o corpo 82 numa forma côncava.Referring to Fig. 7, a wave generation system 80 comprises a horizontally positioned outer body 82, a movable member 84, a stator 86, a low friction surface 88 and a generator 90. The member 84 and stator 86 comprise permanent magnets as previously described to allow conversion of the magnetic frequency. The movable member 84 is supported without the need for strong means, such as a spring. Instead, the member 84 is supported by the low friction surface 88, which may be, for example, a set of spherical rollers. If the system 80 is oriented in the direction of wave motion, the member 84 may have a single degree of freedom and could move back and forth in a single direction with the horizontal ripple of the waves. In addition, the system 80 may also allow the member 84 two degrees of freedom, i.e., allow the member 84 to move around a plane. In this case, it would not be necessary to orient the system 80 in the direction of wave motion. For example, member 84 may be a disk-shaped mass in outer body 82, which is a hollow disc shaped container. The member 84 may also be spherical and may rotate within the body 82. If it is necessary to maintain the mass more or less centered then it may be maintained by means of resilient means, such as springs, or by forming the body 82 in a concave shape.
Fazendo referência à Fig. 8, um sistema de geração de energia através das ondas 100 compreende um corpo externo 102, o qual pode ser cilíndrico ou esférico, um membro móvel, neste caso um rotor 104, um estator 106, uma superfície de baixa fricção 13/16 108 e uma pluralidade de pás 110. O rotor 104 e o estator 106 compreendem imanes permanentes como descrito previamente para permitir a conversão da frequência mecânica. Um gerador (não mostrado) pode ser fixo ao estator 106 para extrair energia eléctrica. Como mencionado, o corpo 102 pode ser cilindrico se alinhado perpendicularmente à direcção da onda. Neste caso, o movimento relativo do rotor 104 e o corpo 102 seria em redor de um único eixo. Alternativamente, o corpo 102 pode ser esférico e a fixação ao gerador teria de permitir o movimento de dois-eixos do rotor 104. O sistema 100 mostrado na Fig. 8 pode ser uma secção através de uma versão esférica ou cilíndrica. Em qualquer caso, o sistema 100 utiliza o peso do estator a bordo 106 para providenciar um binário de reacção contra o movimento continuo, enquanto os outros sistemas utilizam a inércia para providenciar uma força de reacção devido à aceleração sob movimento alternativo. O sistema 100 é descrito em termos do estator 106 estando dentro do rotor 104 e como tal, existe fluxo magnético radial. O estator 106 e rotor 104 podem também ser na forma de disco no mesmo eixo com a primeira e segunda pluralidade de imanes em superfícies opostas de cada disco. Neste caso, existiria um fluxo magnético axial. A utilização de intermediários pneumáticos, água, hidráulicos ou mecânicos entre a onda e o gerador, todos impõem uma ineficiência de sistema adicional " wave to wire". A presente invenção oferece a oportunidade de operar um sistema sem impor no sistema a penalização de ineficiência associada a cada um dos intermediários acima. 14/16Referring to Fig. 8, a wave generation system 100 comprises an outer body 102, which may be cylindrical or spherical, a movable member, in this case a rotor 104, a stator 106, a low friction surface And a plurality of blades 110. The rotor 104 and the stator 106 comprise permanent magnets as previously described to enable conversion of the mechanical frequency. A generator (not shown) may be attached to the stator 106 to extract electrical energy. As mentioned, the body 102 may be cylindrical if aligned perpendicular to the direction of the wave. In this case, the relative movement of the rotor 104 and the body 102 would be about a single axis. Alternatively, the body 102 may be spherical and the attachment to the generator would have to allow two-axis movement of the rotor 104. The system 100 shown in Fig. 8 may be a section through a spherical or cylindrical version. In any case, the system 100 uses the weight of the on-board stator 106 to provide a reaction torque against continuous movement, while the other systems use inertia to provide a reaction force due to reciprocating acceleration. The system 100 is described in terms of the stator 106 being inside the rotor 104 and as such, there is radial magnetic flow. The stator 106 and rotor 104 may also be in disk form on the same axis with the first and second plurality of magnets on opposite surfaces of each disk. In this case, there would be an axial magnetic flux. The use of pneumatic, water, hydraulic or mechanical intermediaries between the wave and the generator all impose additional system inefficiency " wave to wire ". The present invention offers the opportunity to operate a system without imposing on the system the penalty of inefficiency associated with each of the above intermediates. 14/16
Além disso, um sistema de geração de energia através das ondas, que compreende um dispositivo de transmissão de força magnética, providencia vantagens significativas face a um gerador linear típico. Estas vantagens incluem eficiência aumentada relativamente à massa de materiais e subsequentemente uma redução de custo de produção para produção de energia similar. Por exemplo, uma concepção com uma mola magnética requer uma massa de imanes que resulta em 342 kg, uma massa de ferro negro que resulta em 329 kg e uma massa de bobinas, ou enrolamentos, de 13 kg. Esta concepção providencia uma energia de, aproximadamente, 90 kW para uma altura de onda de 3 m, com um período de 7 segundos, a uma eficiência de 75% e de, aproximadamente, 143 kW para uma altura de onda de 4 m, com um período de 8 segundos, a uma eficiência de 71%. Um gerador linear requer uma massa de imanes de 608 kg, massa de ferro negro de 1866 kg, massa de enrolamentos de 1531 kg e uma massa de dentes, em redor dos quais os enrolamentos estão enrolados, de 2116 kg para produzir 77 kW a 75% de eficiência para a mesma onda de 3 m, e 106 kW a 74% de eficiência para a mesma onda de 4 m.In addition, a wave power generation system, which comprises a magnetic force transmission device, provides significant advantages over a typical linear generator. These advantages include increased efficiency relative to the mass of materials and subsequently a reduction of cost of production for similar energy production. For example, a design with a magnetic spring requires a mass of magnets resulting in 342 kg, a mass of black iron resulting in 329 kg and a mass of coils, or windings, of 13 kg. This design provides an energy of approximately 90 kW at a wave height of 3 m with a period of 7 seconds at an efficiency of 75% and of approximately 143 kW at a wave height of 4 m with a period of 8 seconds at an efficiency of 71%. A linear generator requires a mass of magnets of 608 kg, mass of black iron of 1866 kg, mass of windings of 1531 kg and a mass of teeth, around which the windings are wound, of 2116 kg to produce 77 kW at 75 % efficiency for the same 3 m wave, and 106 kW at 74% efficiency for the same 4 m wave.
Podem ser incorporadas modificações e melhorias sem se afastar do âmbito da invenção, como definido pelas reivindicações anexas. A presente invenção providencia meios para converter directamente oscilações de baixa frequência em oscilações de alta frequência. Isto é particularmente adequado para geração eléctrica, mas pode ser usado em outros dispositivos. Por exemplo, a transmissão de força magnética pode ser usada para accionar uma bomba.Modifications and improvements may be incorporated without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims. The present invention provides means for directly converting low frequency oscillations into high frequency oscillations. This is particularly suitable for power generation, but can be used on other devices. For example, magnetic force transmission can be used to drive a pump.
Lisboa, 5 de Julho de 2013 15/16Lisbon, July 5, 2013 15/16
REFERÊNCIAS CITADAS NA DESCRIÇÃOREFERENCES CITED IN DESCRIPTION
Esta lista de referências citadas pelo Titular tem como único objetivo ajudar o leitor e não forma parte do documento de patente europeia. Ainda que na sua elaboração se tenha tido o máximo cuidado, não se podem excluir erros ou omissões e a EPO não assume qualquer responsabilidade a este respeito.This list of references cited by the Holder is solely intended to assist the reader and is not part of the European patent document. Even though the utmost care has been taken in its preparation, no errors or omissions can be excluded and EPO assumes no responsibility in this regard.
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